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// 19 - 异步编程 (Async/Await)
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/// Rust 的异步编程允许高效地处理并发任务

// ==================== Async/Await 基础 ====================

/// 异步编程基础
pub fn async_basics() {
    println!("\n=== Async/Await 基础 ===");
    
    println!("异步编程概念:");
    println!("1. 异步函数返回 Future");
    println!("2. Future 是惰性的，需要被执行器驱动");
    println!("3. .await 等待 Future 完成");
    println!("4. 异步运行时提供执行器");
}

/// Future trait
pub fn future_trait() {
    println!("\n=== Future Trait ===");
    
    println!("pub trait Future {{");
    println!("    type Output;");
    println!("    fn poll(self: Pin<&mut Self>, cx: &mut Context<'_>)");
    println!("        -> Poll<Self::Output>;");
    println!("}}");
    
    println!("\nPoll 枚举:");
    println!("- Poll::Ready(value) - Future 已完成");
    println!("- Poll::Pending - Future 尚未完成");
}

/// 异步函数语法
pub fn async_function_syntax() {
    println!("\n=== 异步函数语法 ===");
    
    println!("定义异步函数:");
    println!("async fn do_something() -> i32 {{");
    println!("    // 异步操作");
    println!("    42");
    println!("}}");
    
    println!("\n调用异步函数:");
    println!("let future = do_something();");
    println!("let result = future.await; // 在 async 上下文中");
}

// ==================== 异步运行时 ====================

/// 异步运行时
pub fn async_runtimes() {
    println!("\n=== 异步运行时 ===");
    
    println!("常用异步运行时:");
    println!("1. tokio - 功能完整的异步运行时");
    println!("2. async-std - 类似标准库的异步库");
    println!("3. smol - 轻量级异步运行时");
    
    println!("\n使用 tokio:");
    println!("#[tokio::main]");
    println!("async fn main() {{");
    println!("    // 异步代码");
    println!("}}");
}

// ==================== 基本示例 ====================

/// 基本异步示例（伪代码）
pub fn basic_async_example() {
    println!("\n=== 基本异步示例 ===");
    
    println!("示例代码:");
    println!("async fn fetch_data() -> String {{");
    println!("    // 模拟异步操作");
    println!("    tokio::time::sleep(Duration::from_secs(1)).await;");
    println!("    String::from(\"数据\")");
    println!("}}");
    
    println!("\n#[tokio::main]");
    println!("async fn main() {{");
    println!("    let data = fetch_data().await;");
    println!("    println!(\"获取到: {{}}\", data);");
    println!("}}");
}

// ==================== 异步块 ====================

/// 异步块
pub fn async_blocks() {
    println!("\n=== 异步块 ===");
    
    println!("使用 async 块:");
    println!("let future = async {{");
    println!("    println!(\"异步块内\");");
    println!("    42");
    println!("}};");
    
    println!("\n异步块可以捕获环境:");
    println!("let x = 5;");
    println!("let future = async move {{");
    println!("    println!(\"x = {{}}\", x);");
    println!("}};");
}

// ==================== 并发执行 ====================

/// 并发执行多个 Future
pub fn concurrent_futures() {
    println!("\n=== 并发执行 ===");
    
    println!("使用 join! 宏:");
    println!("use tokio::join;");
    println!();
    println!("let (r1, r2) = join!(");
    println!("    async {{ /* task 1 */ }},");
    println!("    async {{ /* task 2 */ }}");
    println!(");");
    
    println!("\n使用 select! 宏:");
    println!("use tokio::select;");
    println!();
    println!("select! {{");
    println!("    result1 = future1 => {{ /* 处理 */ }},");
    println!("    result2 = future2 => {{ /* 处理 */ }},");
    println!("}}");
}

// ==================== 异步通道 ====================

/// 异步通道
pub fn async_channels() {
    println!("\n=== 异步通道 ===");
    
    println!("tokio 提供的通道:");
    println!("1. mpsc - 多生产者单消费者");
    println!("2. oneshot - 单次通信");
    println!("3. broadcast - 广播");
    println!("4. watch - 状态监听");
    
    println!("\n示例:");
    println!("let (tx, mut rx) = tokio::sync::mpsc::channel(32);");
    println!();
    println!("tokio::spawn(async move {{");
    println!("    tx.send(\"消息\").await.unwrap();");
    println!("}});");
    println!();
    println!("let msg = rx.recv().await;");
}

// ==================== 异步 I/O ====================

/// 异步 I/O
pub fn async_io() {
    println!("\n=== 异步 I/O ===");
    
    println!("异步文件读取:");
    println!("use tokio::fs::File;");
    println!("use tokio::io::AsyncReadExt;");
    println!();
    println!("let mut file = File::open(\"foo.txt\").await?;");
    println!("let mut contents = String::new();");
    println!("file.read_to_string(&mut contents).await?;");
    
    println!("\n异步网络:");
    println!("use tokio::net::TcpListener;");
    println!();
    println!("let listener = TcpListener::bind(\"127.0.0.1:8080\").await?;");
    println!("loop {{");
    println!("    let (socket, _) = listener.accept().await?;");
    println!("    tokio::spawn(async move {{");
    println!("        // 处理连接");
    println!("    }});");
    println!("}}");
}

// ==================== Stream ====================

/// Stream trait
pub fn streams() {
    println!("\n=== Stream ===");
    
    println!("Stream 是异步版本的 Iterator");
    println!();
    println!("use tokio_stream::StreamExt;");
    println!();
    println!("let mut stream = tokio_stream::iter(vec![1, 2, 3]);");
    println!();
    println!("while let Some(value) = stream.next().await {{");
    println!("    println!(\"值: {{}}\", value);");
    println!("}}");
}

// ==================== 取消和超时 ====================

/// 取消和超时
pub fn cancellation_and_timeouts() {
    println!("\n=== 取消和超时 ===");
    
    println!("设置超时:");
    println!("use tokio::time::{{timeout, Duration}};");
    println!();
    println!("let result = timeout(");
    println!("    Duration::from_secs(5),");
    println!("    async_operation()");
    println!(").await;");
    
    println!("\n取消任务:");
    println!("let handle = tokio::spawn(async {{");
    println!("    // 长时间运行的任务");
    println!("}});");
    println!();
    println!("handle.abort(); // 取消任务");
}

// ==================== 异步互斥锁 ====================

/// 异步互斥锁
pub fn async_mutex() {
    println!("\n=== 异步互斥锁 ===");
    
    println!("use tokio::sync::Mutex;");
    println!("use std::sync::Arc;");
    println!();
    println!("let data = Arc::new(Mutex::new(0));");
    println!();
    println!("let guard = data.lock().await;");
    println!("// 使用 guard");
    println!("drop(guard); // 释放锁");
    
    println!("\n注意:");
    println!("- tokio::sync::Mutex 在 .await 期间可以持有");
    println!("- std::sync::Mutex 在 .await 期间不能持有");
}

// ==================== 异步 vs 同步 ====================

/// 异步 vs 同步
pub fn async_vs_sync() {
    println!("\n=== 异步 vs 同步 ===");
    
    println!("何时使用异步:");
    println!("✓ I/O 密集型任务");
    println!("✓ 大量并发连接");
    println!("✓ 网络服务器");
    println!("✓ 需要高并发的场景");
    
    println!("\n何时使用同步/多线程:");
    println!("✓ CPU 密集型任务");
    println!("✓ 简单的程序");
    println!("✓ 阻塞操作");
    println!("✓ 不需要大规模并发");
}

// ==================== Pin 和 Unpin ====================

/// Pin 和 Unpin
pub fn pin_and_unpin() {
    println!("\n=== Pin 和 Unpin ===");
    
    println!("Pin<P> 确保值不会在内存中移动");
    println!("这对于自引用结构很重要");
    
    println!("\n大多数类型实现了 Unpin:");
    println!("- 可以安全地移动");
    println!("- Pin<P> 对它们没有效果");
    
    println!("\n!Unpin 类型:");
    println!("- 不能在内存中移动");
    println!("- Future 通常是 !Unpin");
}

// ==================== 错误处理 ====================

/// 异步错误处理
pub fn async_error_handling() {
    println!("\n=== 异步错误处理 ===");
    
    println!("使用 ? 运算符:");
    println!("async fn fetch_data() -> Result<String, Error> {{");
    println!("    let response = reqwest::get(\"url\").await?;");
    println!("    let text = response.text().await?;");
    println!("    Ok(text)");
    println!("}}");
    
    println!("\n使用 match:");
    println!("match future.await {{");
    println!("    Ok(value) => {{ /* 处理成功 */ }},");
    println!("    Err(e) => {{ /* 处理错误 */ }},");
    println!("}}");
}

// ==================== 异步 Trait ====================

/// 异步 Trait
pub fn async_traits() {
    println!("\n=== 异步 Trait ===");
    
    println!("Rust 目前不直接支持异步 trait 方法");
    println!("可以使用 async-trait crate:");
    println!();
    println!("use async_trait::async_trait;");
    println!();
    println!("#[async_trait]");
    println!("trait MyTrait {{");
    println!("    async fn my_method(&self) -> i32;");
    println!("}}");
}

// ==================== 实际应用示例 ====================

/// HTTP 服务器示例
pub fn http_server_example() {
    println!("\n=== HTTP 服务器示例 ===");
    
    println!("use tokio::net::TcpListener;");
    println!("use tokio::io::{{AsyncReadExt, AsyncWriteExt}};");
    println!();
    println!("#[tokio::main]");
    println!("async fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {{");
    println!("    let listener = TcpListener::bind(\"127.0.0.1:8080\").await?;");
    println!("    println!(\"服务器监听 8080 端口\");");
    println!();
    println!("    loop {{");
    println!("        let (mut socket, addr) = listener.accept().await?;");
    println!("        println!(\"新连接: {{}}\", addr);");
    println!();
    println!("        tokio::spawn(async move {{");
    println!("            let mut buffer = [0; 1024];");
    println!("            socket.read(&mut buffer).await.unwrap();");
    println!();
    println!("            let response = \"HTTP/1.1 200 OK\\r\\n\\r\\nHello!\";");
    println!("            socket.write_all(response.as_bytes()).await.unwrap();");
    println!("        }});");
    println!("    }}");
    println!("}}");
}

// ==================== 异步最佳实践 ====================

/// 异步最佳实践
pub fn async_best_practices() {
    println!("\n=== 异步最佳实践 ===");
    
    println!("1. 选择合适的运行时 (tokio/async-std)");
    println!("2. 避免在异步代码中使用阻塞操作");
    println!("3. 使用 tokio::task::spawn_blocking 处理 CPU 密集型任务");
    println!("4. 合理使用 tokio::select! 和 tokio::join!");
    println!("5. 注意异步互斥锁的使用");
    println!("6. 使用超时防止任务无限等待");
    println!("7. 理解 Pin 和 Unpin");
    println!("8. 测试异步代码的各种情况");
    println!("9. 监控和调试异步任务");
}

/// 主函数 - 演示所有功能
#[allow(dead_code)]
pub fn main() {
    println!("╔════════════════════════════════════════╗");
    println!("║   Rust 异步编程教程                    ║");
    println!("╚════════════════════════════════════════╝");
    
    async_basics();
    future_trait();
    async_function_syntax();
    async_runtimes();
    basic_async_example();
    async_blocks();
    concurrent_futures();
    async_channels();
    async_io();
    streams();
    cancellation_and_timeouts();
    async_mutex();
    async_vs_sync();
    pin_and_unpin();
    async_error_handling();
    async_traits();
    http_server_example();
    async_best_practices();
    
    println!("\n✅ 异步编程教程完成！");
    println!("\n注意: 实际使用异步功能需要添加相关依赖:");
    println!("tokio = {{ version = \"1\", features = [\"full\"] }}");
}

